深圳宏力捷帶領(lǐng)大家探索一種電子零件,從頭介紹零件的功能、運(yùn)作原理到專題應(yīng)用方式。上期我們介紹了電晶體,本期
PCBA大講堂電子零件篇為大家介紹
繼電器!
繼電器完整的名稱是電磁繼電器(electromagnetic armature relay),與固態(tài)繼電器(solid-state relay)有所區(qū)隔,全名并不常用,通常以簡稱表示。也有人將繼電器稱為電機(jī)繼電器,但是通常提到繼電器這個(gè)稱呼時(shí),人們都知道不是固態(tài)繼電器。
繼電器的功能在于使某一訊號(hào)或脈沖可以將另一股電流打開或截?cái)唷Mǔ?,繼電器作用在于使用較低的電壓或電流來控制較高的電壓或電流,這些低電壓/電流的訊號(hào)可以透過較小、較便宜的開關(guān)來啟動(dòng),并經(jīng)由小規(guī)格的電線帶往繼電器,繼電器因此可以用來控制較大的電流,舉例而言,在汽車引擎當(dāng)中,將點(diǎn)火開關(guān)打開的同時(shí)會(huì)傳送一個(gè)訊號(hào)到啟動(dòng)裝置旁的繼電器中。
雖然固態(tài)開關(guān)裝置速度較快、穩(wěn)定性較好,但是繼電器還是有一些優(yōu)勢存在。繼電器可以處理多軸雙切(double-throw multiple-pole)的開關(guān),而且在處理高電壓或電流時(shí)成本較低,在書中的〈雙極電晶體〉章節(jié)的開頭有繼電器、固態(tài)繼電器與電晶體的優(yōu)劣表格比較。
右圖是電路圖上單切(圖上)與雙切(圖下)繼電器圖示,線圈外觀和接點(diǎn)符號(hào)可能有所不同,但功能不會(huì)有差異。
運(yùn)作原理
繼電器內(nèi)含一個(gè)線圈、一組銜鐵和至少一對(duì)接點(diǎn),電流會(huì)流過線圈,線圈就像一塊電磁鐵,會(huì)產(chǎn)生磁場,磁場因此推動(dòng)銜鐵,銜鐵的外型類似旋轉(zhuǎn)支架,會(huì)釋放(或吸合)兩個(gè)接點(diǎn)。為了容易辨識(shí),銜鐵通常會(huì)漆成綠色,線圈和接點(diǎn)則分別為紅色和橘色,藍(lán)色的兩個(gè)區(qū)塊是絕緣材料,左邊的那一塊用來支撐接點(diǎn),
而右邊的那一塊在銜鐵因?yàn)榫€圈磁場變化移動(dòng)時(shí)會(huì)將接點(diǎn)吸合,接點(diǎn)和線圈之間的線路為了簡單起見就先忽略不看。
右圖呈現(xiàn)了許多不同的小型繼電器,分別對(duì)應(yīng)不同的電壓與電流使用需求。圖的左上角是一顆12V直流電車用繼電器,需要插入它下面的插座才能使用;右上方則是一顆24V直流電單極雙切繼電器,由于線圈與接點(diǎn)外露,這款繼電器必須要在乾燥、清潔的環(huán)境才能使用。而順著圖片繼續(xù)往下看,這四個(gè)裝在彩色塑膠盒當(dāng)中的繼電器分別可以在250V交流電壓下開關(guān)5A的電流、120V交流電壓下開關(guān)10A的電流、125V交流電壓下開關(guān)0.6A的電流、30V直流電壓下開關(guān)2A的電流。藍(lán)色的兩顆繼電器內(nèi)有12V直流電線圈,而紅色和黃色的繼電器則內(nèi)含5V的線圈,這些繼電器都是非鎖存式的,唯一的例外是黃色的那一款,它是鎖存式繼電器,內(nèi)有兩個(gè)線圈。左下角是一款12V直流電繼電器,裝在透明的盒子當(dāng)中,根據(jù)規(guī)格可以在240V的交流電或30V的直流電中開關(guān)5A的電流。
繼電器在電路圖中的表示方式與開關(guān)相同,SP、DP、3P和4P分別表示單、雙、三或四極(超過四極的繼電器并不常見)。ST與DT則表示單切或雙切開關(guān),通常,這些縮寫會(huì)合併使用,比如3PST或SPDT等等。此外, Form A(意即通常為開啟狀態(tài))、Form B(意即通常為關(guān)閉狀態(tài))與Form C (表示雙切)這些專門用法也很常見,字母前面的數(shù)字通常代表電磁極的個(gè)數(shù),因此「2 Form C」就表示雙極雙切的繼電器。
鎖存
繼電器有兩種基本形式:鎖存式(latching)及非鎖存式(nonlatching)。非鎖存式繼電器也稱為單穩(wěn)態(tài)(single side stable)類繼電器,這種形式最為常見,它就像暫時(shí)性的開關(guān)(或按鈕),當(dāng)繼電器電源被截?cái)鄷r(shí),接頭就會(huì)彈回原本的預(yù)設(shè)狀態(tài)。這一點(diǎn)在某些應(yīng)用中相當(dāng)重要,只要電源一消失,繼電器就會(huì)恢復(fù)原先的狀態(tài)。相反地,鎖存式繼電器沒有預(yù)設(shè)狀態(tài),而且?guī)缀醵加须p切的接點(diǎn),不需要?jiǎng)佑秒娔芫湍芡A粼谄渲腥魏我贿?,這種繼電器只需要很短的脈沖就可以改變現(xiàn)狀,在半導(dǎo)體的術(shù)語當(dāng)中,這和正反器(flip-flop)作用類似。.
在單線圈鎖存式繼電器的情況當(dāng)中,施加電壓的極性將決定哪一對(duì)接點(diǎn)會(huì)關(guān)閉;而在雙線圈鎖存式繼電器當(dāng)中,第二個(gè)線圈會(huì)在兩種狀態(tài)之間移動(dòng)銜鐵。
雙線圈鎖存式繼電器在電路圖中的表現(xiàn)方式如圖右,在某些電路圖示當(dāng)中,線圈與開關(guān)電流方向沒有清楚表現(xiàn),因此會(huì)需要回去閱讀制造商的使用指南或或者直接在繼電器上施加電壓,并任意選擇兩個(gè)接頭來測試。
極性
直流電繼電器有三種:在中性繼電器當(dāng)中,直流電的極性并不重要,無論電流是何種方向,繼電器都能維持良好的功能;極性繼電器當(dāng)中有一個(gè)二極體和線圈串聯(lián),阻擋來自某一方向的電流;而偏壓繼電器則是在銜鐵附近有一塊永久磁鐵,在電流從某一方向通過時(shí)會(huì)提升效能,但是在電流從反方向通過時(shí),則會(huì)有抑制效果。制造商的規(guī)格說明上不一定會(huì)使用這些名詞,但會(huì)注明繼電器線圈是否會(huì)受直流電的極性影響。
附帶一提,所有繼電器都可以用來開關(guān)交流電,但是只有交流電繼電器可以使用交流電當(dāng)作線圈的電流。
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